何俗非 王邈

1.天津中醫(yī)藥大學(xué)現(xiàn)代中藥省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心 天津 301617；

2.天津中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院 天津 301617

引言

近幾十年來，一種候選藥物從I期臨床試驗到獲批上市的成功率約為10%-20%[1]。目前比較一致的觀點是新藥的低獲批率與耐藥性﹑人群異質(zhì)性等原因?qū)е掠行匀狈σ约芭R床安全性有關(guān)[2]，而且面對癌癥這類復(fù)雜的系統(tǒng)性疾病，單靶點作用藥物的有效性有待驗證[3]，克服多藥耐藥性也是癌癥治療的主要挑戰(zhàn)。

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)（Network Pharmacology，NP）是結(jié)合了系統(tǒng)生物學(xué)﹑多向藥理學(xué)（polypharmacology）﹑生物信息學(xué)﹑人工智能與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，探索藥物的系統(tǒng)性作用機制的交叉前沿學(xué)科[4]，注重藥靶網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建﹑可視化與分析。自2007年Andrew L.Hopkins[5]首次提出該學(xué)科概念以來，由于其系統(tǒng)性﹑整體性的特點與中醫(yī)整體觀念有共通之處，結(jié)合中藥多成分﹑多靶點的特性，NP在抗腫瘤藥物研發(fā)領(lǐng)域受到研究者的廣泛關(guān)注。

1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在復(fù)方研究的應(yīng)用

復(fù)方是中醫(yī)臨床處方最主要的形式，遵循“君臣佐使”配伍原則。但中藥復(fù)方的復(fù)雜構(gòu)成使有效成分的識別及作用機制成為研究難點。近年來研究者對中藥復(fù)方的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究方法有所創(chuàng)新。如2R網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)[6]的概念是通過結(jié)合ADMET（吸收﹑轉(zhuǎn)運﹑生物轉(zhuǎn)化﹑排泄與毒性）計算機虛擬篩選復(fù)方中性質(zhì)良好的活性成分，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)篩選潛在靶點，以實現(xiàn)“減成分”﹑“減靶點”的目標，構(gòu)建“中藥活性成分-靶點”網(wǎng)絡(luò)。藥靶組學(xué)（Targetomics）[7]結(jié)合深度學(xué)習(xí)與多組學(xué)技術(shù)，探索構(gòu)建識別中藥功能分子群﹑作用通路的網(wǎng)絡(luò)，為臨床應(yīng)用提供指導(dǎo)。近年來有研究者提出結(jié)合NP技術(shù)并基于臨床來源，將通路作為靶標的“復(fù)方藥物”概念。其設(shè)計思路概括為6個步驟，即復(fù)方物質(zhì)基礎(chǔ)確認-臨床方案療效驗證-生物標志物系統(tǒng)整合-網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測復(fù)方新藥及配伍配比-實驗優(yōu)化組方配伍-新藥開發(fā)階段的完整鏈條[8]。

在腫瘤研究領(lǐng)域，復(fù)方苦參注射液（compound Kushen injection，CKI）主要入血活性成分為10種生物堿類化合物，CKI單用及CKI協(xié)同環(huán)磷酰胺給藥，基因組百科全書（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）富集分析顯示其可能通過降低肝癌小鼠JAK2﹑STAT3的蛋白表達發(fā)揮抑瘤作用[9]。而康萊特注射液中三種抗腫瘤主要成分薏苡仁酯﹑薏苡素和甘油三油酸酯通過TCMSP﹑PharmMapper﹑GeneCards﹑TTD等分子對接﹑人類基因組注釋﹑藥物靶標數(shù)據(jù)庫及Cytoscape構(gòu)建成分-靶點-疾病網(wǎng)絡(luò)，以STRING建立靶蛋白作用網(wǎng)絡(luò)，進行基因本體生物過程分析（gene ontology biological process，GOBP）和KEGG富集分析，篩選出25個預(yù)測靶點及對20多種癌癥的潛在活性，有待實驗驗證[10]?？蛋⑸湟簞t篩選出包括人參皂苷﹑黃酮類等83個候選化合物和240個潛在靶點，主要是COX1﹑COX2﹑HSP90等[11]。通過Swiss Target Prediction預(yù)測參麥注射液的潛在靶點與基因庫抗肺癌靶點進行KEGG分析，顯示參麥注射液共計21個潛在抗肺癌靶點，主要涉及抑制腫瘤血管生成﹑細胞增殖﹑抗腫瘤轉(zhuǎn)移等祛邪作用，改善免疫達到扶正效果，構(gòu)成扶正-祛邪機制[12]。

2 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中醫(yī)病證結(jié)合研究的應(yīng)用

病證結(jié)合是指疾病與中醫(yī)證候的結(jié)合，而疾病的概念有傳統(tǒng)中醫(yī)理論中“病”與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)“病”的區(qū)別。前者一般以主癥命名，后者一般從病原學(xué)歸納[13]。在網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)中探討病證結(jié)合，主要是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的“病”與中醫(yī)證候的關(guān)聯(lián)。病證結(jié)合的復(fù)雜生物體系與方藥的作用機制是中醫(yī)現(xiàn)代化研究的難點。近年來研究者提出了中醫(yī)證候靶標群[14]﹑網(wǎng)絡(luò)證候?qū)W[15]及網(wǎng)絡(luò)靶標的概念。其中網(wǎng)絡(luò)靶標是將中藥﹑方劑有效成分或成分合集及病證映射于網(wǎng)絡(luò)，以病證生物分子網(wǎng)絡(luò)為靶標，通過網(wǎng)絡(luò)計算預(yù)測病證-方藥關(guān)系，以期應(yīng)用于藥物的設(shè)計與優(yōu)化[16]。

3 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中藥藥性理論的應(yīng)用

中藥藥性理論從秦漢萌發(fā)到金元時期創(chuàng)新發(fā)展，至明清時期完善，形成了性味歸經(jīng)﹑升降浮沉﹑毒性有無等理論體系，是中藥區(qū)別于其他天然藥物的重要特點。韓森等篩選《中藥大辭典》中10種常用寒性中藥與熱性中藥[16]，通過靶點頻次排序，檢索出不同藥性的潛在特異性靶蛋白群，如MAPK﹑CDK﹑GABA等。但由于可以區(qū)分寒性藥與熱性藥的特異性分子靶標較少，且需要進一步的分子生物學(xué)實驗驗證，而有研究者考慮結(jié)合代謝組學(xué)﹑蛋白組學(xué)等技術(shù)建立針對寒熱藥不同作用方向與強度的矢量性藥理網(wǎng)絡(luò)[17]。戴逸飛等[18]遴選了藥性與藥效明確的常用寒性與熱性藥物各10種，通過匯總節(jié)點度中心性（degree centrality）﹑中介中心性（betweeness centrality）和接近中心性（closeness centrality）3種算法結(jié)果中排名前20的靶點信息，發(fā)現(xiàn)寒性藥對乳腺癌與前列腺癌等顯示更好的預(yù)測療效。另外，基于NP的中藥歸經(jīng)研究主要是經(jīng)虛擬篩選匹配靶點與中藥后再進行歸經(jīng)檢索。如通過篩選胞葬作用關(guān)聯(lián)靶點的中藥活性成分，收集相關(guān)的中藥后進行歸經(jīng)分類，主要歸于肝經(jīng)與肺經(jīng)[19]。

4 反向虛擬篩選

與傳統(tǒng)虛擬篩選方法相反，反向虛擬篩選（inverse virtual screening，IVS），或稱反向虛擬找靶（target fishing），是針對特定藥物化合物，從數(shù)據(jù)庫遴選與之匹配的靶點，并經(jīng)實驗方法驗證。適用于已上市藥物的重新定位﹑新藥的靶點預(yù)測[20]。近年來在中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究中成為熱門。目前IVS最常見的方法是分子對接（molecular docking）方法，該方法的應(yīng)用研究較其他方法更為廣泛。且相關(guān)的軟件較豐富，常用的如Autodock﹑GOLD﹑Glide等[21]。

5 中醫(yī)藥結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在臨床抗腫瘤治療的應(yīng)用

隨著越來越多的中醫(yī)藥抗腫瘤治療的臨床試驗與網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究結(jié)果相互印證，大大提高了后者研究結(jié)果的可靠性與適用性[22]。

5.1 病證結(jié)合中藥聯(lián)合化療藥的抗腫瘤應(yīng)用

補腎健脾解毒湯（BSJPJDD）聯(lián)合奧沙利鉑對比單用化療藥的研究中，共納入149例結(jié)直腸癌術(shù)后肝腎陰虛證患者，其中治療組的PFS和Karnofsky評分（KPS）均顯著提高（P<0.05）。而網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析顯示BSJPJDD中共有7種活性成分（異鼠李素，山柰酚，8-異戊烯山柰酚，去甲胡蘿卜素，5,7,4’三羥基-6-異戊烯基異黃酮，槲皮素和β-谷甾醇）可通過39個潛在靶點參與調(diào)控MAPK﹑PI3K-Akt﹑HIF-1等多條信號通路[23]。

5.2 中藥復(fù)方網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)對臨床腫瘤疾病譜與適應(yīng)證的擴大應(yīng)用探索

CKI臨床常用于多種類型固體瘤的腫瘤相關(guān)性疼痛治療。在TCMSP中篩選其組成苦參﹑白土苓兩味中藥的33種化學(xué)成分具有顯著的抗癌作用，可能靶向113個蛋白，包括IL6﹑EGFR﹑CASP3﹑VEGFA﹑MYC和ESR1。GO和KEGG富集分析顯示，與癌癥相關(guān)的129個生物學(xué)過程和93個信號通路，主要涉及前列腺癌﹑膀胱癌﹑肝細胞癌﹑結(jié)直腸癌﹑乳腺癌等[24]。而CKI在臨床應(yīng)用中多是輔助化療藥，或聯(lián)合免疫調(diào)節(jié)劑治療胃癌﹑非小細胞肺癌﹑肝細胞癌﹑結(jié)腸癌﹑乳腺癌等[25]。因此NP研究結(jié)果對擴大CKI的臨床腫瘤疾病譜提供了參考依據(jù)。

6中醫(yī)藥在腫瘤臨床治療有獨特優(yōu)勢，中藥多靶點作用特點和組方用藥模式使其能充分利用合成致死（Synthetic Lethality，SL）大數(shù)據(jù)，基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的藥物組合設(shè)計有可能實現(xiàn)抗腫瘤中藥/成分“合成致死”配伍組方的目的。

SL的概念近年來在腫瘤領(lǐng)域研究中受到關(guān)注。SL并不直接靶向腫瘤細胞的癌基因或者抑癌基因，而是靶向其依賴生存的基因。目前通過合成基因芯片法（Synthetic Genetic Array,SGA[26]﹑基因組RNAi技術(shù)（Genome-scale RNAi）[27]及統(tǒng)計遺傳學(xué)手段（Statistical Genetics）[28]已形成了龐大的基因組SL互作數(shù)據(jù)庫，如SynLethDB，提供了部分SL靶點信息。虛擬篩選技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速從幾十萬中藥化合物分子庫中，篩選出具有SL靶點抑制活性的化合物，而這種基于多個SL靶點的聯(lián)合用藥效果既涉及藥物本身對靶點的抑制效能，又要考慮藥物所針對靶點在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的重要性，以及藥物間的交互作用等，故需要進行嚴謹?shù)乃幬锝M合設(shè)計。

傳統(tǒng)的藥物組合模型是基于體內(nèi)外生物實驗的數(shù)據(jù)，主要通過區(qū)分藥物的累加性和協(xié)同作用來進行藥物組合的優(yōu)化。隨著組學(xué)數(shù)據(jù)的大量積累和復(fù)雜生物網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，藥物組合設(shè)計的研究重點逐漸轉(zhuǎn)向藥物作用下生物網(wǎng)絡(luò)受到擾動的規(guī)律。如Wu等人提出利用高通量實驗獲得藥物或藥物組合作用下差異基因的子網(wǎng)絡(luò)，通過比較單藥和藥物組合影響的子網(wǎng)絡(luò)來評估并篩選有效的藥物組合[29]。又如Cheng等提出通過量化藥物作用靶點到疾病相關(guān)蛋白互作網(wǎng)絡(luò)（簡稱為疾病模塊）的接近度，以及藥物作用靶點網(wǎng)的接近度，實現(xiàn)篩選針對某一疾病有效藥物組合的目的[30]。另有一些基于機器學(xué)習(xí)的黑箱模型被用于通過有限次數(shù)的藥物兩兩配伍數(shù)據(jù)預(yù)測多種藥物在各種劑量組合應(yīng)用時的效果[31]。針對合成致死互作網(wǎng)絡(luò)的藥物組合設(shè)計研究目前少有問津，熊江輝等提出了一種與協(xié)同致死關(guān)系類似但通過病人預(yù)后表型數(shù)據(jù)獲得的“協(xié)同決定預(yù)后”互作關(guān)系，并基于此給出了通過計算藥物組合所影響的該網(wǎng)絡(luò)中邊的總和（標示擾動到幾對互作關(guān)系）與藥物組合所影響的網(wǎng)絡(luò)中靶點總和的比值來預(yù)測藥物組合對于全局網(wǎng)絡(luò)擾動系數(shù)的算法[32]。較之其他基于網(wǎng)絡(luò)的藥物組合設(shè)計和預(yù)測模型，該算法的優(yōu)勢在于考慮到了靶點間關(guān)系對于擾動效果的影響。

7 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中醫(yī)藥抗腫瘤治療領(lǐng)域的研究與應(yīng)用逐漸深入，中醫(yī)證候靶標群﹑網(wǎng)絡(luò)證候?qū)W與網(wǎng)絡(luò)靶標等理念試圖將網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)與方法和中醫(yī)病證相結(jié)合，通過網(wǎng)絡(luò)計算病證與方藥間的關(guān)系，以指導(dǎo)臨床抗腫瘤的治療。隨著中藥化合物的發(fā)現(xiàn)與基因﹑靶點的挖掘持續(xù)動態(tài)更新，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究方法也在升級完善。隨著其重要性的顯現(xiàn)，在藥物的計算機輔助設(shè)計過程中，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)成為不可缺少的必要手段。